(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
難溶融性材料からなる芯線とその芯線を被覆した易溶融性材料からなる被覆材とからなる熱融着樹脂繊維を積繊して不織布シートを連続的に作成する積繊機と、
前記不織布シートを搬送する搬送手段と、
該搬送手段により搬送される前記不織布シートを連続的に炭化させて炭化シートとする炭化炉と、を備える
ことを特徴とする炭化装置。
【請求項２】
前記積繊機は、前記熱融着樹脂繊維に植物繊維および／または難溶融性繊維を混合して積繊するものである
ことを特徴とする請求項１記載の炭化装置。
【請求項３】
前記炭化炉は、
前記不織布シートを焼成して前記炭化シートとする焼成部と、
前記炭化シートを冷却する冷却部と、を備え、
前記焼成部と前記冷却部とは、前記搬送手段の送り方向に沿ってその順で連設されている
ことを特徴とする請求項１または２記載の炭化装置。
【請求項４】
前記焼成部には、前記不織布シートを両面から挟むようにヒータが設けられている
ことを特徴とする請求項３記載の炭化装置。
【請求項５】
前記炭化炉の焼成温度および焼成時間は、前記不織布シートの表層を炭化させ、中層を未炭化とする温度および時間である
ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の炭化装置。
【請求項６】
前記炭化炉を通過した前記炭化シートを圧縮するロールプレス機を備える
ことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の炭化装置。
【請求項７】
前記炭化炉に搬送される前記不織布シートを圧縮するロールプレス機を備える
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の炭化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭化装置に関する。さらに詳しくは、不織布を連続的に焼成・炭化させ、炭化シートを製造するための炭化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
不織布はその名の通り、織物工程を用いない方法で製造される布であり、その製法には、繊維間を熱融着樹脂により結合したり、接着剤により化学的に結合したり、あるいは繊維を機械的に絡めて結合する方法などがある。これらの製法で得られた不織布は、いずれも繊維が絡み合っているかパッド状になったものであり、その原料にはコットン、麻、ウールなどの天然素材をはじめ、合成樹脂繊維、再生繊維、あるいは紙の原料であるパルプなどが使用されている。
【０００３】
合成樹脂繊維を用いた不織布は樹脂の特性上、比較的低い軟化点・融点を有するため、高温の焼成過程で素材が変形したり溶融するので、炭化することができなかった。つまり、不織布の汎用原料である合成樹脂繊維の融点は、ポリエチレンが１２５℃、ポリプロピレンが１６５℃、ナイロンが２１５℃、ポリエステルが２５５℃であり、いずれも従来の焼成温度７００℃〜１０００℃に比較してかなり低い。このため、焼成過程で不織布シートが軟化・溶融し、シートの形状が崩壊することが炭化できない理由であった。
【０００４】
一方、植物性繊維や同繊維から合成されたレーヨンのみからなる織物を使用して炭化するという方法もある（特許文献１、２参照）が、この製法のシートはいずれも織物工程を経たシートであるため、不織布よりは製造コストが高くなる。
【０００５】
以上のように、製造コストは高いながらも、これまで存在していた炭化技術は植物繊維に特化したものに限られており、合成樹脂繊維を原料とした不織布の炭化技術は存在しなかった。
しかし、この不織布を炭化することができれば、炭化材料の豊富化が可能であり、炭化物の用途も広がる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２４５７１９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１６０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑み、織物工程が不要であり炭化シートの製造コストを安価にできる炭化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明の炭化装置は、難溶融性材料からなる芯線とその芯線を被覆した易溶融性材料からなる被覆材とからなる熱融着樹脂繊維を積繊して不織布シートを連続的に作成する積繊機と、前記不織布シートを搬送する搬送手段と、該搬送手段により搬送される前記不織布シートを連続的に炭化させて炭化シートとする炭化炉と、を備えることを特徴とする。
第２発明の炭化装置は、第１発明において、前記積繊機は、前記熱融着樹脂繊維に植物繊維および／または難溶融性繊維を混合して積繊するものであることを特徴とする。
第３発明の炭化装置は、第１または第２発明において、前記炭化炉は、前記不織布シートを焼成して前記炭化シートとする焼成部と、前記炭化シートを冷却する冷却部と、を備え、前記焼成部と前記冷却部とは、前記搬送手段の送り方向に沿ってその順で連設されていることを特徴とする。
第４発明の炭化装置は、第３発明において、前記焼成部には、前記不織布シートを両面から挟むようにヒータが設けられていることを特徴とする。
第５発明の炭化装置は、第１、第２、第３または第４発明において、前記炭化炉の焼成温度および焼成時間は、前記不織布シートの表層を炭化させ、中層を未炭化とする温度および時間であることを特徴とする。
第６発明の炭化装置は、第１、第２、第３、第４または第５発明において、前記炭化炉を通過した前記炭化シートを圧縮するロールプレス機を備えることを特徴とする。
第７発明の炭化装置は、第１、第２、第３、第４、第５または第６発明において、前記炭化炉に搬送される前記不織布シートを圧縮するロールプレス機を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１発明によれば、織物工程が不要であるので炭化シートの製造コストを安価にできる。また、積繊機で不織布シートを連続的に作成し、この不織布シートを炭化炉で連続的に炭化させるので、炭化シートを連続的に製造でき、製造時間が短縮できる。
第２発明によれば、不織布シートに植物繊維および／または難溶融性繊維が混合されるので、剛性があり形状保持性に優れた炭化シートが得られる。
第３発明によれば、焼成部と冷却部とが連設されているので、不織布シートを連続的に焼成、冷却することができ、製造時間が短縮できる。また、装置全体を省スペース化できる。
第４発明によれば、ヒータにより、不織布シートの中層を未炭化としつつ、表層を炭化させることが容易にできる。
第５発明によれば、表層が炭化され中層が未炭化であるので、剛性があり形状保持性に優れた炭化シートが得られる。また、焼成時間を短くし、焼成温度を低温にできるので、製造時間が短縮できき、省エネルギーとなる。
第６発明によれば、炭化シートを圧縮することにより、炭化後の繊維の絡みを強化でき、品質の良い炭化シートを安定して得られる。
第７発明によれば、不織布シートを圧縮することにより、積繊された繊維の絡みが強くなり、シート状を維持できるので、品質の良い炭化シートを安定して得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る炭化装置の斜視図である。
【図２】同炭化装置の要部断面側面図である。
【図３】不織布シートの説明図である。
【図４】炭化シートの説明図である。
【図５】不織布シート（炭化前）の拡大写真である。
【図６】炭化シート（炭化後）の拡大写真である。
【図７】炭化シートの断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る炭化装置の要部断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
（第１実施形態）
図１および図２に示すように、本発明の第１実施形態に係る炭化装置Ａは、不織布シートＮを連続的に作成する積繊機１０と、不織布シートＮを搬送する第１コンベア２１および第２コンベア２２と、不織布シートＮを連続的に炭化させて炭化シートＣとする炭化炉３０とを備えている。
なお、第１コンベア２１および第２コンベア２２は、特許請求の範囲に記載の「搬送手段」に相当する。
【００１２】
積繊機１０は、繊維分散箱１１とエアーレイド機１２とからなる。繊維分散箱１１内に、不織布シートＮを構成する熱融着樹脂繊維ａを入れておき、エアーレイド機１２を駆動すると、空気流を利用して熱融着樹脂繊維ａをシート状に積繊して不織布シートＮを作成する。
なお、積繊機１０としては、エアーレイド式積繊機、回転ドラム式積繊機など種々の積繊機を用いることができ、特に限定されない。
【００１３】
図３に示すように、不織布シートＮを構成する熱融着樹脂繊維ａは、芯線ａ１とその芯線ａ１を被覆した被覆材ａ２からなり、基本的には合成樹脂繊維からなる。芯線ａ１は、融点が２５０℃以上の難溶融性材料からなり、被覆材ａ２は、融点が２００℃未満の易溶融性材料からなるものである。
【００１４】
芯線ａ１に用いられる難溶融性材料は、融点が２５０℃以上であることが条件とされるが、このような難溶融性材料としては、つぎのものを例示できる。
最も好適なものは、ポリエステル繊維であり、融点は２５５℃である。
これ以外にも、アラミド繊維、ガラス繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維（たとえばナイロン６６）、レーヨン繊維などが利用可能である。さらに、素材そのものには耐熱性はないが難燃化処理を施すことによりビニロン繊維、ポリオレフィン繊維、植物繊維（セルロース）、レーヨン（セルロースからの合成繊維）などが利用可能となる。
【００１５】
被覆材ａ２に用いられる易溶融性材料は、融点が２００℃未満であることが条件とされるが、このような易溶融性材料としては、つぎのものを例示できる。
最も好適なものはポリエチレンであり、融点は１２５℃である。これ以外に以下の熱融着樹脂も利用可能である。
低密度ポリエチレン樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂、合成ゴム、共重合ポリアミド樹脂、共重合ポリエステル樹脂など。
【００１６】
図１および図２に示すように、積繊機１０は、熱融着樹脂繊維ａのみを積繊するように構成してもよく、これに植物繊維ｂを混合して積繊するように構成してもよい。植物繊維ｂを混合する場合は、繊維分散箱１１には、竹繊維や木質繊維、ケナフ、ジュート、麻、バガスなどの植物繊維ｂを混入させるとよい。植物繊維ｂはエアーレイド機１２で熱融着樹脂繊維ａに混入され、共に不織布シートＮを形成する。なお、混合機で熱融着樹脂繊維ａと植物繊維ｂとを混合した後に、繊維分散箱１１に投入してもよい。
【００１７】
積繊機１０により形成された不織布シートＮは、エアーレイド機１２から炭化炉３０に向けて配設された第１コンベア２１と、第１コンベア２１の後端に接続し炭化炉３０の内部を通過する第２コンベア２２とにより、炭化炉３０内に送られる。
第１コンベア２１の後端と、第２コンベア２２の前端との間には、サクションロール２３が設けられており、第１コンベア２１により搬送された不織布シートＮは、サクションロール２３に吸引されつつ第２コンベア２２に受け渡される。不織布シートＮは、サクションロール２３に吸引されることにより軽く圧縮され、積繊された繊維の絡みが強くなる。
なお、第２コンベア２２には、後述の過熱蒸気や冷却ガスを透過させるためにネットコンベアーベルトが使用される。また、炭化炉３０の焼成温度に耐えうるように、ステンレス合金などの耐熱性素材で形成される。
【００１８】
第２コンベア２２により搬送される不織布シートＮは、炭化炉３０により連続的に炭化されて炭化シートＣとなる。
炭化炉３０は、予熱部３１と焼成部３２と冷却部３３とからなり、これらが第２コンベア２２の送り方向に沿ってその順で連設されている。炭化炉３０はトンネル状に形成されており、その内部を炭化対象の不織布シートＮが送り込まれ、かつ出ていくようになっている。
【００１９】
焼成部３２と冷却部３３との間には、仕切り壁３４が設けられており、後述の過熱蒸気が焼成部３２から冷却部３３へ流れることを抑制し、後述の冷却ガスが冷却部３３から焼成部３２へ流れることを抑制している。また、この仕切り壁３４により、焼成部３２と冷却部３３と間を断熱している。仕切り壁３４には開口が形成されており、この開口に第２コンベア２２のコンベアベルトおよび不織布シートＮが通されている。
【００２０】
予熱部３１には、その上部に過熱蒸気供給口３１ａが設けられており、下部に過熱蒸気排気口３１ｂが設けられている。過熱蒸気供給口３１ａから予熱部３１内に過熱蒸気が供給され、その過熱蒸気が不織布シートＮを透過した後に、過熱蒸気排気口３１ｂから排出される。このように、不織布シートＮに過熱蒸気を透過させることにより、不織布シートＮを加熱することができる。
【００２１】
予熱部３１では、不織布シートＮから水や揮発性樹脂を放出させるのに必要な温度、例えば２００℃位まで加熱される。このように、不織布シートＮから水や揮発性樹脂を放出さることにより、次工程の焼成部３２による炭化処理が施しやすくなる。また、図３に示すように、予熱部３１で加熱することにより、各熱融着樹脂繊維ａ、ａの交差する点ｃにおいて被覆材ａ２が少し溶けて互いに接着して、不織布シートＮの形状が保持されるようになる。
【００２２】
焼成部３２には、その上部に過熱蒸気供給口３２ａが設けられている。過熱蒸気供給口３２ａから焼成部３２内に過熱蒸気が供給され、その過熱蒸気が不織布シートＮを透過した後に、予熱部３１の過熱蒸気排気口３１ｂから排出される。また、焼成部３２には、不織布シートＮを両面から挟むように一対のプレートヒータ３２ｈ、３２ｈが設けられている。
【００２３】
焼成部３２は、過熱蒸気やプレートヒータ３２ｈ、３２ｈの設定温度を変えることにより、焼成温度（炉内温度）を２５０℃以上６００℃以下の範囲内で調整可能となっている。これら過熱蒸気とプレートヒータ３２ｈ、３２ｈの加熱により不織布シートＮを焼成して炭化シートＣとすることができる。
なお、焼成温度が２５０℃未満であると、炭化処理時間が長くなり生産性が低下したり、炭化が不十分になる。また、焼成温度が６００℃を超えると、難溶融性材料からなる芯線ａ１が急速に溶融してしまい、シートの形状を維持することが困難となる。
【００２４】
予熱部３１および焼成部３２は低酸素状態とすることが好ましい。低酸素状態とすることで、不織布シートＮの炭化の進行具合を制御しやすくなり、炭化処理が容易となるからである。
予熱部３１および焼成部３２には過熱蒸気が供給されているため、基本的にはこの過熱蒸気により酸素が排出され低酸素状態となっている。さらに酸素濃度を低くするために、不活性ガスを供給してもよい。使用される不活性ガスとしては、例えば、窒素ガスやアルゴンガスなどが使用されるが、特に限定されない。
【００２５】
冷却部３３には、その上部に冷却ガス供給口３３ａが設けられており、下部に冷却ガス排気口３３ｂが設けられている。冷却ガス供給口３３ａから冷却部３３内に冷却ガスが供給され、その冷却ガスが炭化シートＣを透過した後に、冷却ガス排気口３３ｂから排出される。炭化シートＣに冷却ガスを透過させることにより、炭化シートＣを冷却することができる。冷却ガスとしては、例えば、窒素ガスや冷風などが使用されるが、特に限定されない。
【００２６】
炭化炉３０の出側には、ロールプレス機４０と巻取り部５０とが設けられている。
ロールプレス機４０は上下一対のプレスローラからなり、炭化炉３０を通過した炭化シートＣを軽く圧縮するものである。このように、炭化シートＣを圧縮することにより、炭化後の繊維の絡みを強化でき、品質の良い炭化シートＣを安定して得られる。
【００２７】
巻取り部５０は公知の巻取り機で構成されており、炭化完了後の炭化シートＣを巻き取るものである。
【００２８】
以上のように、炭化炉３０は、予熱部３１と焼成部３２と冷却部３３とが連設されているので、不織布シートＮを連続的に焼成、冷却することができ、製造時間が短縮できる。また、装置全体を省スペース化できる。
【００２９】
つぎに、上記炭化装置Ａを用いた炭化シートＣの製造方法を説明する。
まず、積繊機１０により不織布シートＮが作成される。積繊機１０で積繊された直後の不織布シートＮは、一般的な不織布のように繊維間が結合されておらず、繊維同士が絡みつつ積み重ねられた状態である。
不織布シートＮは、炭化炉３０へ搬入され、予熱部３１において過熱蒸気により徐々に昇温され、水分や揮発性樹脂分を放出する。また、各熱融着樹脂繊維ａ、ａの交差する点ｃにおいて被覆材ａ２が少し溶けて互いに接着して、一般的な不織布のように繊維間が結合される。
【００３０】
焼成部３２で不織布シートＮを２５０℃以上６００℃以下の温度で加熱すると、まず不織布シートＮを構成する熱融着樹脂繊維ａの被覆材ａ２となっている易溶融性材料が溶融を開始し、溶けて塊状となり、芯線ａ１に絡みついた状態になる。一方、芯線ａ１は融点が２５０℃以上の難溶融性材料を用いているので、すぐには溶融せず芯線ａ１の形状を維持したまま、炭化を開始する。そして、芯線ａ１が溶融しはじめる前に加熱を止めると、図４に示すように、炭化した芯線ａ１、ａ１同士が溶融炭化した塊状の易溶融性材料ａ２’で絡められ固定された状態になるので、シート形状を保ったままの炭化シートＣが得られる。
【００３１】
その後、冷却部３３で炭化シートＣを冷却し、ロールプレス機４０を通すことで緊度を有する炭化シートＣに仕上げられる。
【００３２】
炭化前後における不織布シートＮ（炭化シートＣ）を図５および図６に示す。
炭化前の写真（図５）では、熱融着樹脂繊維ａの外周は易溶融性材料で被覆されており、熱融着樹脂繊維ａ、ａ同士の接触部では、一部の被覆材が溶けて相互に接着している。もちろん内部には（見えないが）芯線が通っている。
炭化後の写真（図６）では、被覆材ａ２’（ポリエチレン樹脂など）が溶融して塊状になり、被覆材ａ２’が互いに芯線ａ１を接着しているのが分る。焼成を続けるとこの被覆材ａ２’（ポリエチレン樹脂など）の塊が炭化を開始し、同時に芯線ａ１も軟化しながらも炭化を開始する。
【００３３】
熱融着樹脂繊維ａに竹繊維ｓなどの植物繊維を混入させた不織布にあっては、竹繊維ｓも内部に絡んだ状態で炭化される。竹繊維ｓは不織布の熱融着樹脂繊維ａより太く、かつその形状を保ったままで炭化するので、剛性があり形状保持性に優れた炭化シートＣとなる。
【００３４】
炭化シートＣの炭化の程度および態様は、炭化炉３０の焼成温度および焼成時間により決まる。炭化炉３０の焼成温度は、過熱蒸気やプレートヒータ３２ｈ、３２ｈの設定温度を変えることにより調整できる。また、焼成時間は、炭化炉３０内を走行する第２コンベア２２の搬送速度を変えることにより調整できる。この際、第２コンベア２２を定速送りにして送り速度を加減するのが連続生産に好適である。送り速度が遅いほど焼成時間が長くなり、送り速度が速いほど焼成時間が短くなる。
炭化炉３０の焼成温度および焼成時間は、目的の炭化シートＣが得られるように調整すればよい。
【００３５】
炭化炉３０の焼成温度および焼成時間は、不織布シートＮの表層を炭化させ、中層を未炭化とする温度および時間とすることが好ましい。ここで、図７に示すように、表層とは、シート表面および裏面から内部に所定の厚みを有する層をいい、中層とは、表面および裏面の表層に挟まれた層をいう。実際には、表面および裏面に近いほど炭化が進行しやすいため、炭化の程度は厚み方向に連続的に変化し、表層と中層とを明確に分離することは困難である。
このように、炭化炉３０の焼成温度および焼成時間を設定すれば、炭化シートＣは表層が炭化され中層が未炭化となる。なお、未炭化とは、被覆材ａ２’の塊および芯線ａ１が未炭化の状態のほかに、被覆材ａ２’の塊は炭化しており、芯線ａ１が未炭化の状態も含まれる。
【００３６】
中層を未炭化とすることにより、剛性があり形状保持性に優れた炭化シートＣが得られる。また、中層も含めて全体を炭化させる場合よりも、焼成時間を短くし、焼成温度を低温にできるので、製造時間が短縮できき、省エネルギーとなる。
なお、プレートヒータ３２ｈ、３２ｈが不織布シートＮを両面から挟むように設けられているので、プレートヒータ３２ｈ、３２ｈの加熱により不織布シートＮを表面および裏面から短時間で焼成して炭化させることができ、不織布シートＮの中層を未炭化としつつ、表層を炭化させることが容易にできる。
【００３７】
以上のように、炭化装置Ａは、不織布を炭化させるため、従来必要であった織物工程が不要であり、それゆえ炭化シートＣの製造コストを安価にできる。また、積繊機１０で不織布シートＮを連続的に作成し、この不織布シートＮを炭化炉３０で連続的に炭化させるので、炭化シートＣを連続的に製造でき、製造時間が短縮できる。
【００３８】
（第２実施形態）
図８に示すように、本発明の第２実施形態に係る炭化装置Ｂは、第１実施形態に係る炭化装置Ａにおいて、積繊機１０と炭化炉３０との間にロールプレス機６０が設けられたものである。その余の構成は、炭化装置Ａと同様であるので、同一部材に同一符号を付して説明を省略する。
このロールプレス機６０により炭化炉３０に搬送される不織布シートＮが軽く圧縮される。そのため、積繊された繊維の絡みが強くなり、シート状に維持できるので、品質の良い炭化シートＣを安定して得られる。
【００３９】
（その他の実施形態）
前記実施形態では、積繊機１０は、熱融着樹脂繊維か、これに植物繊維を混合したものを積繊する構成であったが、植物繊維に加えて、または代えて難溶融性繊維を積繊するように構成してもよい。本発明でいう難溶融性繊維は２５０℃でも溶融しない繊維をいい、これにはガラス繊維や難燃化処理繊維などが含まれる。これらのガラス繊維や難燃化処理繊維は、熱融着樹脂繊維に混合したり、交絡したりすることで不織布としての一体化が可能となる。
難溶融性繊維を混入させた不織布シートにあっては、炭化後においても難溶融繊維の中心部は未炭化となっているので、強度の高い炭化シートＣが得られる。
【００４０】
また、前記実施形態では、予熱部３１の上部に過熱蒸気供給口３１ａが設けられ、下部に過熱蒸気排気口３１ｂが設けられているが、予熱部３１の下部に過熱蒸気供給口３１ａを設け、上部に過熱蒸気排気口３１ｂを設けてもよい。過熱蒸気供給口３１ａおよび過熱蒸気排気口３１ｂは、上面および底面のみならず側面に設けてもよい。要するに、不織布シートＮに過熱蒸気を透過させることができれば、過熱蒸気供給口３１ａおよび過熱蒸気排気口３１ｂの場所は特に制限されない。
同様に、焼成部３２の過熱蒸気供給口３２ａも、不織布シートＮに過熱蒸気を透過させることができれば、その場所は特に制限されない。冷却部３３の冷却ガス供給口３３ａおよび冷却ガス排気口３３ｂも、炭化シートＣに冷却ガスを透過させることできれば、その場所は特に制限されない。
【００４１】
また、前記実施形態では、炭化炉３０における予熱部３１と焼成部３２と冷却部３３は連続するように結合しているが、これを個別に設け互いに離間したものであってもよい。
予熱部３１および焼成部３２は、過熱蒸気のみを供給する構成でもよく、プレートヒータなどの電気ヒータのみを有する構成でもよく、両方を備える構成でもよい。
冷却部３３は、炭化シートＣの熱を放出することができればよく、前記実施形態のように冷却ガスによる直接冷却のほか、例えば冷却ハウジングの外周に水冷管を配置した構成など、間接冷却でもよい。
【符号の説明】
【００４２】
Ａ、Ｂ  炭化装置
Ｎ      不織布シート
Ｃ      炭化シート
ａ      熱融着樹脂繊維
ａ１    芯線
ａ２    被覆材
１０    積繊機
１１    繊維分散箱
１２    エアーレイド機
２１    第１コンベア
２２    第２コンベア
２３    サクションロール
３０    炭化炉
３１    予熱部
３２    焼成部
３２ｈ  プレートヒータ
３３    冷却部
４０    ロールプレス機
５０    巻取り部
６０    ロールプレス機
【図１】
0005514267.tif 000002
【図２】
0005514267.tif 000003
【図７】
0005514267.tif 000004
【図８】
0005514267.tif 000005
【図３】
0005514267.tif 000006
【図４】
0005514267.tif 000007
【図５】
0005514267.tif 000008
【図６】
0005514267.tif 000009